转载依赖倒转原则

Posted 2020-08-28

3.1 依赖倒置原则的定义

     依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle，简称DIP）这个名字看着有点别扭，“依赖”还“倒置”，这到底是什么意思？依赖倒置原则的原始定义是：High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions。翻译过来，包含三层含义：

• 高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；
• 抽象不应该依赖细节；
• 细节应该依赖抽象。

     高层模块和低层模块容易理解，每一个逻辑的实现都是由原子逻辑组成的，不可分割的原子逻辑就是低层模块，原子逻辑的再组装就是高层模块。那什么是抽象，什么又是细节呢？在Java语言中，抽象就是指接口或抽象类，两者都是不能直接被实例化的；细节就是实现类，实现接口或继承抽象类而产生的类就是细节，其特点就是可以直接被实例化，也就是可以加上一个关键字new产生一个对象。依赖倒置原则在Java语言中的表现就是：

• 模块间的依赖是通过抽象发生，实现类之间不发生直接的依赖关系，其依赖关系是通过接口或抽象类产生的；
• 接口或抽象类不依赖于实现类；
• 实现类依赖接口或抽象类。

     更加精简的定义就是“面向接口编程”——OOD（Object-Oriented Design，面向对象设计）的精髓之一。

3.2 言而无信，你太需要契约

     采用依赖倒置原则可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，减少并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性。

     证明一个定理是否正确，有两种常用的方法：一种是根据提出的论题，经过一番论证，推出和定理相同的结论，这是顺推证法；还有一种是首先假设提出的命题是伪命题，然后推导出一个荒谬、与已知条件互斥的结论，这是反证法。我们今天就用反证法来证明依赖倒置原则是多么的优秀和伟大！

     论题：依赖倒置原则可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，减少并行开发引起的风险，提高代码的可读性和维护性。

     反论题：不使用依赖倒置原则也可以减少类间的耦合性，提高系统的稳定性，减少并行开发引起的风险，提高代码的可读性和维护性。

     我们通过一个例子来说明反论题是不成立的。现在的汽车越来越便宜了，也就顶多一个卫生间的价格就可以买到一辆不错的汽车，有汽车就必然有人来驾驶了，司机驾驶奔驰车的类图如图3-1所示。

图3-1 司机驾驶奔驰车类图

     奔驰车可以提供一个方法run，代表车辆运行，实现过程如代码清代3-1所示。

代码清单3-1 司机源代码

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public class Driver {    //司机的主要职责就是驾驶汽车    public void drive(Benz benz){    benz.run();    }    }

     司机通过调用奔驰车的run方法开动奔驰车，其源代码如代码清单3-2所示。

代码清单3-2 奔驰车源代码

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public class Benz {    //汽车肯定会跑    public void run(){    System.out.println("奔驰汽车开始运行...");    }    }

     有车，有司机，在Client场景类产生相应的对象，其源代码如代码清代3-3所示。

代码清单3-3 场景类源代码

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public class Client {    public static void main(String[] args) {    Driver zhangSan = new Driver();    Benz benz = new Benz();    //张三开奔驰车    zhangSan.drive(benz);    }    }

     通过以上的代码，完成了司机开动奔驰车的场景，到目前为止，这个司机开奔驰车的项目没有任何问题。我们常说“危难时刻见真情”，我们把这句话移植到技术上就成了“变更才显真功夫”，业务需求变更永无休止，技术前进就永无止境，在发生变更时才能发觉我们的设计或程序是否是松耦合。我们在一段貌似磐石的程序上加上一块小石头：张三司机不仅要开奔驰车，还要开宝马车，又该怎么实现呢？麻烦出来了，那好，我们走一步是一步，我们先把宝马车产生出来，实现过程如代码清单3-4所示。

代码清单3-4 宝马车源代码

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public class BMW {    //宝马车当然也可以开动了    public void run(){    System.out.println("宝马汽车开始运行...");    }    }

     宝马车也产生了，但是我们却没有办法让张三开动起来，为什么？张三没有开动宝马车的方法呀！一个拿有C照的司机竟然只能开奔驰车而不能开宝马车，这也太不合理了！在现实世界都不允许存在这种情况，何况程序还是对现实世界的抽象，我们的设计出现了问题：司机类和奔驰车类之间是一个紧耦合的关系，其导致的结果就是系统的可维护性大大降低，可读性降低，两个相似的类需要阅读两个文件，你乐意吗？还有稳定性，什么是稳定性？固化的、健壮的才是稳定的，这里只是增加了一个车类就需要修改司机类，这不是稳定性，这是易变性。被依赖者的变更竟然让依赖者来承担修改的成本，这样的依赖关系谁肯承担！证明到这里，我们已经知道伪命题已经部分不成立了。

     注意 设计是否具备稳定性，只要适当的“松松土”，观察“设计的蓝图”是否还可以茁壮的成长就可以得出结论，稳定性较高的设计，在周围环境频繁变化的时候，依然可以做到“我自岿然不动”。

     我们继续证明，“减少并行开发引起的风险”，什么是并行开发的风险？并行开发最大的风险就是风险扩散，本来只是一段程序的错误或异常，逐步波及一个功能，一个模块，甚至到最后毁坏了整个项目，为什么并行开发就有这个风险呢？一个团队，20人开发，各人负责不同的功能模块，甲负责汽车类的建造，乙负责司机类的建造，在甲没有完成的情况下，乙是不能完全地编写代码的，缺少汽车类，编译器根本就不会让你通过！在缺少Benz类的情况下，Driver类能编译吗？更不要说是单元测试了！在这种不使用依赖倒置原则的环境中，所有的开发工作都是“单线程”的，甲做完，乙再做，然后是丙继续…，这在90年代“个人英雄主义”编程模式中还是比较适用的，一个人完成所有的代码工作，但在现在的大中型项目中已经是完全不能胜任了，一个项目是一个团队的协作结果，一个“英雄”再牛X也不可能了解所有的业务和所有的技术，要协作就要并行开发，要并行开发就要解决模块之间的项目依赖关系，那然后呢？依赖倒置原则就隆重出场了！

     根据以上证明，如果不使用依赖倒置原则就会加重类间的耦合性，降低系统的稳定性，增加并行开发引起的风险，降低代码的可读性和维护性。承接上面的例子，引入依赖倒置原则后的类图如图3-2所示。

图3-2 引入依赖倒置原则后的类图

     建立两个接口：IDriver和ICar，分别定义了司机和汽车的各个职能，司机就是驾驶汽车，必须实现drive()方法，其实现过程如代码清单3-5所示。

代码清单3-5 司机接口

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public interface IDriver {    //是司机就应该会驾驶汽车    public void drive(ICar car);    }

     接口只是一个抽象化的概念，是对一类事物的最抽象描述，具体的实现代码由相应的实现类来完成，Driver实现类如代码清单3-6所示。

代码清单3-6 司机类的实现

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public class Driver implements IDriver{    //司机的主要职责就是驾驶汽车    public void drive(ICar car){    car.run();    }    }

     在IDriver中，通过传入ICar接口实现了抽象之间的依赖关系，Driver实现类也传入了ICar接口，至于到底是哪个型号的Car需要在高层模块中声明。

     ICar及其两个实现类的实现过程如代码清单3-7所示。

代码清单3-7 汽车接口及两个实现类

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public interface ICar {    //是汽车就应该能跑    public void run();    }    public class Benz implements ICar{    //汽车肯定会跑    public void run(){    System.out.println("奔驰汽车开始运行...");    }    }    public class BMW implements ICar{    //宝马车当然也可以开动了    public void run(){    System.out.println("宝马汽车开始运行...");    }    }

     在业务场景中，我们贯彻“抽象不应该依赖细节”，也就是我们认为抽象（ICar接口）不依赖BMW和Benz两个实现类（细节），因此我们在高层次的模块中应用都是抽象，Client的实现过程如代码清单3-8所示。

代码清单3-8 业务场景

public class Client {

public static void main(String[] args) {

IDriver zhangSan = new Driver();

ICar benz = new Benz();

//张三开奔驰车

zhangSan.drive(benz);

}

}

     Client属于高层业务逻辑，它对低层模块的依赖都建立在抽象上，zhangSan的显示类型是IDriver，benz的显示类型是ICar，也许你要问，在这个高层模块中也调用到了低层模块，比如new Driver()和new Benz()等，如何解释？确实如此，zhangSan的显示类型是IDriver，是一个接口，是抽象的，非实体化的，在其后的所有操作中，zhangSan都是以IDriver类型进行操作，屏蔽了细节对抽象的影响。当然，张三如果要开宝马车，也很容易，我们只要修改业务场景类就可以，实现过程如代码清单3-9所示。

代码清单3-9 张三驾驶宝马车的实现过程

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public class Client {    public static void main(String[] args) {    IDriver zhangSan = new Driver();    ICar bmw = new BMW();    //张三开奔驰车    zhangSan.drive(bmw);    }    }

     在新增加低层模块时，只修改了业务场景类，也就是高层模块，对其他低层模块如Driver类不需要做任何修改，业务就可以运行，把“变更”引起的风险扩散降低到最小。

     注意 在Java中，只要定义变量就必然要有类型，一个变量可以有两个类型：显示类型和真实类型，显示类型是在定义的时候赋予的类型，真实类型是对象的类型，如zhangSan的显示类型是IDriver，真实类型是Driver。

     我们再来思考依赖倒转对并行开发的影响。两个类之间有依赖关系，只要制定出两者之间的接口（或抽象类）就可以独立开发了，而且项目之间的单元测试也可以独立的运行，而TDD（Test-Driven Development，测试驱动开发）开发模式就是依赖倒置原则的最高级应用。我们继续回顾上面司机驾驶汽车的例子，甲程序员负责IDriver的开发，乙程序员负责ICar的开发，两个开发人员只要制定好了接口就可以独立地开发了，甲开发进度比较快，完成了IDriver以及相关的实现类Driver的开发工作，而乙程序员滞后开发，那甲是否可以进行单元测试（Unit Test）呢？答案是可以，我们引入一个JMock工具，其最基本的功能是根据抽象虚拟一个对象进行测试，测试类如代码清单3-10所示。

代码清单3-10 测试类

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public class DriverTest extends TestCase{    Mockery context = new JUnit4Mockery();    @Test    public void testDriver() {    //根据接口虚拟一个对象    final ICar car = context.mock(ICar.class);    IDriver driver = new Driver();    //内部类    context.checking(new Expectations(){{    oneOf (car).run();    }});    driver.drive(car);    }    }

     注意粗体部分，我们只需要一个ICar的接口，就可以对Driver类进行单元测试，从这一点来看，两个相互依赖的对象可以分别进行开发，孤立的单元测试，进而保证并行开发的效率和质量，TDD开发的精髓不就在这里吗？测试驱动开发，先写好单元测试类，然后再写实现类，这对代码的质量有非常大的提高，特别适合研发类项目或在项目成员整体水平比较低的情况下采用。

     抽象是对实现的约束，对依赖者而言，也是一种契约，不仅仅约束自己，还同时约束自己与外部的关系，其目的是保证所有的细节不逃脱契约的范畴，确保约束双方按照既定的契约(抽象)共同发展，只要抽象这根基线在，细节就逃脱不了这个圈圈，始终让你的对象做到“言而有信”“言出必行”

3.3 依赖的三种写法

     依赖是可以传递的，A对象依赖B对象，B又依赖C，C又依赖D…，生生不息，依赖不止，记住一点：只要做到抽象依赖，即使是多层的依赖传递也无所畏惧！

     对象的依赖关系有三种方式来传递，如下所示。

• 构造函数传递依赖对象

     在类中通过构造函数声明依赖对象，按照依赖注入的说法这种方式叫做构造函数注入，按照这种方式的注入，IDriver和Driver的程序修改后如代码清单3-11所示。

代码清单3-11 构造函数传递依赖对象

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public interface IDriver {    //是司机就应该会驾驶汽车    public void drive();    }    public class Driver implements IDriver{    private ICar car;    //构造函数注入    public Driver(ICar _car){    this.car = _car;    }    //司机的主要职责就是驾驶汽车    public void drive(){    this.car.run();    }    }

• Setter方法传递依赖对象

     在抽象中设置setter方法声明依赖关系，依照依赖注入的说法就是setter依赖注入，按照这种方式的注入，IDriver和Driver的程序修改后如代码清单3-12所示。

代码清单3-12 Setter依赖注入

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public interface IDriver {    //车辆型号    public void setCar(ICar car);    //是司机就应该会驾驶汽车    public void drive();    }    public class Driver implements IDriver{    private ICar car;    public void setCar(ICar car){    this.car = car;    }    //司机的主要职责就是驾驶汽车    public void drive(){    this.car.run();    }    }

• 接口声明依赖对象

     在接口的方法中声明依赖对象，3.2章节的例子就是采用了接口声明依赖的方式，，该方法也叫做接口注入。

3.4 最佳实践

     依赖倒转原则的本质就是通过抽象（接口或抽象类）使各个类或模块的实现彼此独立，不互相影响，实现模块间的松耦合，我们怎么在项目中使用这个规则呢？只要遵循以下的几个规则就可以：

• 每个类尽量都有接口或抽象类，或者抽象类和接口两者都具备。

     这是依赖倒置的基本要求，接口和抽象类都是属于抽象的，有了抽象才可能依赖倒置。

• 变量的显示类型尽量是接口或者是抽象类。

     很多书上说变量的类型一定要是接口或者是抽象类，这个有点绝对化了，比如一个工具类，xxxUtils一般是不需要接口或是抽象类的。还有，如果你要使用类的clone方法，就必须使用实现类，这个是JDK提供一个规范。

• 任何类都不应该从具体类派生。

     如果一个项目处于开发状态，确实不应该有从具体类派生出的子类的情况，但这也不是绝对的，因为人都是会犯错误的，有时设计缺陷是在所难免的，因此只要不超过两层的继承都是可以忍受的。特别是做项目维护的同志，基本上可以不考虑这个规则，为什么？维护工作基本上都是做扩展开发，修复行为，通过一个继承关系，覆写一个方法就可以修正一个很大的Bug，何必再要去继承最高的基类呢？

• 尽量不要覆写基类的方法。

     如果基类是一个抽象类，而且这个方法已经实现了，子类尽量不要覆写。类间依赖的是抽象，覆写了抽象方法，对依赖的稳定性会产生一定的影响。

• 结合里氏替换原则使用

     在上一个章节中我们讲解了里氏替换原则，父类出现的地方子类就能出现，再结合本章节的讲解，我们可以得出这样一个通俗的规则： 接口负责定义public属性和方法，并且声明与其他对象的依赖关系，抽象类负责公共构造部分的实现，实现类准确的实现业务逻辑，同时在适当的时候对父类进行细化。

     讲了这么多，估计大家对“倒置”这个词还是有点不理解，那到底什么是“倒置”呢？我们先说“正置”是什么意思，依赖正置就是类间的依赖是实实在在的实现类间的依赖，也就是面向实现编程，这也是正常人的思维方式，我要开奔驰车就依赖奔驰车，我要使用笔记本电脑就直接依赖笔记本电脑，而编写程序需要的是对现实世界的事物进行抽象，抽象的结果就是有了抽象类和接口，然后我们根据系统设计的需要产生了抽象间的依赖，代替了人们传统思维中的事物间的依赖，“倒置”就是从这里产生的。

     依赖倒置原则的优点在小型项目中很难体现出来，例如小于10个人月的项目，使用简单的SSH架构，基本上不费太大力气就可以完成，是否采用依赖倒置原则影响不大。但是，在一个大中型项目中，采用依赖倒置原则可以带来非常多的优点，特别是规避一些非技术因素引起的问题。项目越大，需求变化的概率也越大，通过采用依赖倒置原则设计的接口或抽象类对实现类进行约束，可以减少需求变化引起的工作量剧增的情况。人员的变动在大中型项目中也是时常存在的，如果设计优良、代码结构清晰，人员变化对项目的影响基本为零。大中型项目的维护周期一般都很长，采用依赖倒置原则可以让维护人员轻松地扩展和维护。

     依赖倒置原则是六个设计原则中最难以实现的原则，它是实现开闭原则的重要途径，依赖倒置原则没有实现，就别想实现对扩展开放，对修改关闭。在项目中，大家只要记住是“面向接口编程”就基本上抓住了依赖倒转原则的核心。

     讲了这么多依赖倒置原则的优点，我们也来打击一下大家，在现实世界中确实存在着必须依赖细节的事物，比如法律，就必须依赖细节的定义。 “杀人偿命”在中国的法律中古今有之，那这里的杀人就是一个抽象的含义，怎么杀，杀什么人，为什么杀人，都没有定义，只要是杀人就统统得偿命，那这就是有问题了，好人杀了坏人，还要陪上自己的一条性命，这是不公正的，从这一点看，我们在实际的项目中使用依赖倒置原则时需要审时度势，不要抓住一个原则不放，每一个原则的优点都是有限度的，并不是放之四海而皆准的真理，所以别为了遵循一个原则而放弃了一个项目的终极目标：投产上线和盈利。作为一个项目经理或架构师，应该懂得技术只是实现目的的工具，惹恼了顶头上司，设计做得再漂亮，代码写得再完美，项目做得再符合标准，一旦项目亏本，产品投入大于产出，那整体就是扯淡！你自己也别想混得更好！